專利名稱：利用應(yīng)力技術(shù)提高sonos結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件工藝，特別是涉及一種利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法。
背景技術(shù)：
在制備CMOS半導(dǎo)體器件的工藝過程中存在各種各樣的應(yīng)力，隨著器件尺寸的逐步縮小，器件溝道中的應(yīng)力對器件性能造成的影響越來越大。其中很多應(yīng)力對器件的性能 是有益的，所以在制備工藝過程中常常會主動引入一些應(yīng)力來提高器件的性能。表I中列出了不同種類的應(yīng)力對器件載流子遷移率的影響，由表I中可以看出，在NMOS溝道方向上的拉應(yīng)力，會使NMOS器件中電子遷移率有很大程度的提高。對于NMOS而言，拉應(yīng)力使原來六重簡并的能級分開為一個較高的四重簡并能級和低的二重簡并能級，電子進(jìn)入更低的能谷，使電子的有效質(zhì)量降低。根據(jù)公式U =et/m*(e為電子電量，t為電子弛豫時間，nf為電子有效質(zhì)量)，由于電子的有效質(zhì)量降低，使得電子的遷移率增大。圖I給出了現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)力記憶技術(shù)的方法，CMOS的應(yīng)力層100是在形成多晶硅柵極和側(cè)墻后淀積形成，再經(jīng)過高溫退火將應(yīng)力記憶到CMOS器件的溝道中，然后再把應(yīng)力層100去除，從而提高載流子遷移率。表I
方向 NMOS PMOS
級向張應(yīng)力壓應(yīng)力
+++ ++++橫向張應(yīng)力張應(yīng)力
~hI\~
平面夕卜壓應(yīng)力張應(yīng)力
++++ +隨著手持電子產(chǎn)品和外圍設(shè)備的增長，促進(jìn)了非易失存儲器的發(fā)展。浮柵結(jié)構(gòu)(Floating Gate)非易失性存儲器件一直在非易失性半導(dǎo)體存儲器中占據(jù)重要地位，然而對浮柵結(jié)構(gòu)存儲進(jìn)行寫入操作或擦除操作需要高電壓，隨著器件尺寸的減小，過度擦除使反常漏電流現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。在這一情況下，20世紀(jì)60年代提出來的基于氮化硅存儲介質(zhì)的 SONOS (Si Iicon-Oxide-Nitride-Oxide-Si I icon,娃-氧化物-氮化物-氧化娃-娃)存儲器受到半導(dǎo)體存儲器制造廠家的廣泛關(guān)注。S0N0S結(jié)構(gòu)可以和CMOS技術(shù)兼容，與傳統(tǒng)浮柵結(jié)構(gòu)存儲器件對比，S0N0S器件具有以下的優(yōu)點(I)由于電荷存儲層不同，S0N0S器件中氮化硅層的厚度沒有太大的限制，S0N0S的柵極疊層僅為浮柵器件的一半；(2)浮柵器件將電荷存儲在導(dǎo)體層，其中的任何針孔缺陷都會引起浮柵和溝道之間的短路，造成部分或全部電荷的丟失，而S0N0S器件氮化硅層中的針孔缺陷只會引起局部短路，對存儲電荷總量影響可以忽略；⑶S0N0S器件制備工藝相對簡單，與CMOS工藝兼容，S0N0S器件的電荷被俘獲在氮化物中，不受臨近單元的影響。
一般的，在SONOS結(jié)構(gòu)中引入相關(guān)應(yīng)力的方法是基于CMOS器件的應(yīng)力記憶技術(shù)的方法。但在SONOS結(jié)構(gòu)中，由于ONO層的引入，是多晶硅柵極遠(yuǎn)離器件溝道。如果按照現(xiàn)有的應(yīng)力記憶技術(shù)，在多晶硅柵極和側(cè)墻形成后再制備應(yīng)力層，應(yīng)力層會遠(yuǎn)離溝道，從而造成在退火時應(yīng)力的轉(zhuǎn)移效果不明顯，不能很好的提高載流子遷移率，所以需要研究新的應(yīng)力轉(zhuǎn)移技術(shù)方法來提高載流子遷移率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，解決現(xiàn)有的應(yīng)力記憶技術(shù)對SONOS結(jié)構(gòu)器件的應(yīng)力轉(zhuǎn)移效果不明顯的問題，提高了載流子遷移率。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯 速度的方法，所述SONOS結(jié)構(gòu)自下至上依次包括硅半導(dǎo)體襯底、第一氧化層、存儲氮化層、第二氧化層和多晶硅柵極，所述方法包括提供具有SON結(jié)構(gòu)的晶片，所述SON結(jié)構(gòu)自下至上依次為硅半導(dǎo)體襯底、第一氧化層和存儲氮化層；在具有所述SON結(jié)構(gòu)的晶片上沉積第二氧化層；在所述第二氧化層上沉積應(yīng)力層；進(jìn)行退火工藝；去除所述應(yīng)力層，以露出所述第二氧化層；去除部分所述第二氧化層，以去除覆蓋在所述SON結(jié)構(gòu)中之外的第二氧化層，以形成SONO結(jié)構(gòu)；在所述SONO結(jié)構(gòu)上制備多晶硅柵極，以形成SONOS結(jié)構(gòu)器件。可選的，所述硅半導(dǎo)體襯底為P型襯底?？蛇x的，利用化學(xué)氣相沉積工藝沉積所述應(yīng)力層。可選的，所述化學(xué)氣相沉積工藝為熱分解化學(xué)氣相沉積或等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法。可選的，所述應(yīng)力層的材料為氮化硅、氮氧化硅中的一種或其組合?？蛇x的，所述應(yīng)力層的應(yīng)力為0. 7Gpa I. 7Gpa。可選的，所述應(yīng)力層的厚度為300 A 700人?？蛇x的，所述退火工藝為快速熱退火工藝，溫度為900°C 1030°C，時間為2秒 6秒。可選的，所述快速熱退火溫度為1050°C，時間為3秒 5秒?？蛇x的，采用干法刻蝕去除所述應(yīng)力層?？蛇x的，在去除部分所述第二氧化層的步驟包括在所述第二氧化層表面形成掩模圖形，所述掩模圖形覆蓋所述SON結(jié)構(gòu)上的第二氧化層；以及去除所述掩模圖形之外的第二氧化層，形成SONO結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供還一種利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，SONOS結(jié)構(gòu)包含娃半導(dǎo)體襯底、第一氧化層、氮化層、第二氧化層和多晶娃柵極，其特征在于，所述方法包括提供具有SON結(jié)構(gòu)的晶片，所述SON結(jié)構(gòu)自下至上依次為硅半導(dǎo)體襯底、第一氧化層和氮化層；在具有所述SON結(jié)構(gòu)的晶片上沉積阻擋氧化層；在所述阻擋氧化層上沉積應(yīng)力層；進(jìn)行退火工藝；去除所述應(yīng)力層和阻擋氧化層，露出所述SON結(jié)構(gòu)，以形成具有應(yīng)力的SON結(jié)構(gòu)；在所述具有應(yīng)力的SON結(jié)構(gòu)上制備第二氧化層，以形成SONO結(jié)構(gòu)；在所述SONO結(jié)構(gòu)上制備多晶硅柵極，形成以SONOS結(jié)構(gòu)器件?？蛇x的，所述硅半導(dǎo)體襯底為P型襯底。 可選的，所述阻擋氧化層的材料為氧化硅。
可選的，所述阻擋氧化層的厚度為50 A ~300Ao可選的，利用化學(xué)氣相沉積工藝沉積所述應(yīng)力層?？蛇x的，所述化學(xué)氣相沉積工藝為熱分解化學(xué)氣相沉積或等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法?？蛇x的，所述應(yīng)力層的材料為氮化硅、 氮氧化硅中的一種或其組合?？蛇x的，所述應(yīng)力層的應(yīng)力為0. 7Gpa I. 7Gpa?？蛇x的，所述應(yīng)力層的厚度為300 A -700A0可選的，所述退火工藝為快速熱退火工藝，溫度為900°C 1030°C，時間為2秒 6秒?？蛇x的，所述快速熱退火溫度為1050°C，時間為3秒 5秒?？蛇x的，采用干法刻蝕去除所述應(yīng)力層和所述阻擋氧化層?？蛇x的，所述干法刻蝕包括進(jìn)行第一刻蝕，去除所述應(yīng)力層；進(jìn)行第二刻蝕，去除所述刻蝕阻擋層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法具有以下優(yōu)點I、本發(fā)明通過在制備SONOS結(jié)構(gòu)過程中形成多晶硅柵極前，在阻擋氧化層或第二氧化層上形成應(yīng)力層，并進(jìn)行退火工藝，使存儲氮化層、第一氧化層和阻擋氧化層或第二氧化層產(chǎn)生應(yīng)力，并將該應(yīng)力傳導(dǎo)到器件溝道中轉(zhuǎn)換為溝道中的應(yīng)力。相比現(xiàn)有技術(shù)的在形成多晶硅柵極和側(cè)墻后，再沉積應(yīng)力層從而產(chǎn)生應(yīng)力的方法，本發(fā)明在形成多晶硅柵極前制備應(yīng)力層，利用阻擋氧化層或第二氧化層來實現(xiàn)應(yīng)力的轉(zhuǎn)移，應(yīng)力層可以更接近溝道，使應(yīng)力轉(zhuǎn)移的效果更加明顯，從而更顯著的提高SONOS結(jié)構(gòu)器件中的載流子遷移率，從而提高編譯速度。2、現(xiàn)有技術(shù)是在多晶硅柵極和側(cè)墻形成后沉積應(yīng)力層，并在進(jìn)行退火工藝后，去除應(yīng)力層，在去除應(yīng)力層的過程中會對多晶硅柵極造成損傷。本發(fā)明在形成多晶硅柵極前，在阻擋氧化層或第二氧化層上形成應(yīng)力層，進(jìn)行退火工藝后，去除應(yīng)力層，并去除全部阻擋氧化層或部分第二氧化層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明避免了對多晶硅柵極的損傷，并且阻擋氧化層在退火工藝過程時有利于改善界面態(tài)。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)力記憶技術(shù)的示意圖；圖2為本發(fā)明第一實施例的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法的流程圖；圖3a-圖3f為本發(fā)明第一實施例的引入應(yīng)力的工藝步驟的示意圖；圖4為本發(fā)明第二實施例的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法的流程圖；圖5a-圖5f為本發(fā)明第二實施例的引入應(yīng)力的工藝步驟的示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合示意圖對本發(fā)明的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細(xì)節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費時間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。本發(fā)明的核心思想在于，通過提供一種利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速 度的方法，該方法在制備SONOS結(jié)構(gòu)中形成多晶硅柵極前，在SON結(jié)構(gòu)上沉積阻擋氧化層或第二氧化層，在阻擋氧化層或第二氧化層上形成應(yīng)力層，并進(jìn)行退火工藝，使存儲氮化層、第一氧化層和阻擋氧化層或第二氧化層產(chǎn)生應(yīng)力，并將該應(yīng)力傳導(dǎo)到器件溝道中轉(zhuǎn)換為溝道中的應(yīng)力，以提高載流子的遷移速度。以下結(jié)合核心思想，詳細(xì)說明本發(fā)明所述利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法。第一實施例請參考圖2和圖3a-圖3f，其中，圖2為本發(fā)明第一實施例的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法的流程圖，圖3a-圖3f為本發(fā)明第一實施例的引入應(yīng)力的工藝步驟的示意圖。首先參考圖2，該利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法包括如下步驟步驟S 11，提供具有SON結(jié)構(gòu)的晶片，所述SON結(jié)構(gòu)自下至上依次為硅半導(dǎo)體襯底、第一氧化層和存儲氮化層；步驟S12，在具有所述SON結(jié)構(gòu)的晶片上沉積第二氧化層；步驟S13，在所述第二氧化層上沉積應(yīng)力層；步驟S14，進(jìn)行退火工藝；步驟S15，去除所述應(yīng)力層，以露出所述第二氧化層；步驟S16，去除部分所述第二氧化層，以去除覆蓋在所述SON結(jié)構(gòu)中之外的第二氧化層，以形成SONO結(jié)構(gòu)；步驟S17，在所述SONO結(jié)構(gòu)上制備多晶硅柵極，以形成SONOS結(jié)構(gòu)器件。在本實施例中，所述硅半導(dǎo)體襯底為P型襯底。當(dāng)硅半導(dǎo)體襯底為P型襯底時，應(yīng)力層應(yīng)沉積具有拉應(yīng)力的應(yīng)力層，以提高溝道中的電子遷移率；當(dāng)硅半導(dǎo)體襯底為N型襯底時，應(yīng)力層應(yīng)沉積具有壓應(yīng)力的應(yīng)力層，以提高溝道中的空穴遷移率。以下結(jié)合圖3a_圖3f，其為本發(fā)明第一實施例的引入應(yīng)力的工藝步驟的示意圖，詳細(xì)說明本實施例中利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法。如圖3a所示，首先進(jìn)行步驟Sll，提供具有SON結(jié)構(gòu)的晶片，所述SON結(jié)構(gòu)自下至上依次為P型襯底201、第一氧化層202和存儲氮化層203，其中，第一氧化層202用于提高電荷的保持能力，存儲氮化層203用來存儲電荷。然后進(jìn)行步驟S12，在具有所述SON結(jié)構(gòu)的晶片上沉積第二氧化層204，如圖3b所示，沉積第二氧化層204的過程采用本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的化學(xué)氣相沉積法方法。接著進(jìn)行步驟S13，在第二氧化層204上采用熱分解化學(xué)氣相沉積工藝沉積一層具有拉應(yīng)力的氮化硅應(yīng)力層205，如圖3c所示，其中，氮化硅應(yīng)力層205的應(yīng)力為lGpa，厚度為400A,沉積氮化硅應(yīng)力層205的過程采用本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的熱分解化學(xué)氣相沉積方法。在較佳的實施例中，所述應(yīng)力層的材料較佳的為氮化硅(Si3N4)或氮氧化硅(Si3OxNy)或它們兩者的混合物。利用化學(xué)氣相沉積工藝沉積應(yīng)力層，所述化學(xué)氣相沉積工藝為熱分解化學(xué)氣相沉積或等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法。根據(jù)特定的工藝參數(shù)例如等離子的功率和氣體流速，使應(yīng)力層的材料以高應(yīng)力的方式進(jìn)行沉積，以提供拉應(yīng)力或壓應(yīng)力。這些工藝方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員的常用方法，例如利用等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝，應(yīng)力水平主要通過等離子的功率進(jìn)行控制，并 且，通常會產(chǎn)生壓應(yīng)力。采用熱分解化學(xué)氣相沉積工藝時，氮化硅應(yīng)力層205在600°C以上的溫度下進(jìn)行沉積，并通常產(chǎn)生拉應(yīng)力。所述氮化硅應(yīng)力層205的應(yīng)力較佳的為0. 7Gpa I. 7Gpa，厚度較佳的為300人 700A,例如應(yīng)力為lGpa、l. 2Gpa、l. 5Gpa，厚度為350 A、400A、450 A、500 A, 550 A、600 A、650 A。再然后進(jìn)行步驟S14，進(jìn)行快速熱退火工藝，溫度為1050°C，時間為4秒，使存儲氮化層203、第一氧化層202和第二氧化層204產(chǎn)生應(yīng)力，并傳導(dǎo)到器件溝道中轉(zhuǎn)換為n溝道器件的溝道中的應(yīng)力。在較佳的實施例中，退火工藝為快速熱退火工藝，溫度為900°C 1030°C，時間為2秒 6秒。其中優(yōu)選的溫度為1050°C，優(yōu)選的時間為4秒。隨后進(jìn)行步驟S15，采用等離子體干法刻蝕去除所述氮化硅應(yīng)力層205，刻蝕停止在第二氧化層204上，露出所述第二氧化層204，如圖3d所示，其中，第二氧化層204在刻蝕過程中起到阻擋氧化層的作用。因為干法刻蝕具有良好的選擇比，所以采用干法刻蝕去除所述氮化硅應(yīng)力層205，在較佳的實施例中，采用等離子體刻蝕氮化硅應(yīng)力層205，在刻蝕氮化硅應(yīng)力層205時，所述第二氧化層204起到阻擋氧化層的作用，刻蝕停止在第二氧化層204上。刻蝕的方向性可以通過控制偏壓功率來實現(xiàn)，采用的刻蝕氣體包括氬氣(Ar)和含氟氣體，其中含氟氣體包括四氟甲烷(CF4)、六氟乙烷(C2F6)和三氟甲烷(CHF3)等。再接著進(jìn)行步驟S16，在重新露出的第二氧化層204表面形成掩模圖形，其中，掩模圖形覆蓋所述SON結(jié)構(gòu)中器件結(jié)構(gòu)上的第二氧化層204，并露出其它部位的第二氧化層204，經(jīng)過光刻、干刻工藝，去除掉掩模圖形之外的第二氧化層204，形成SONO結(jié)構(gòu)，SONO結(jié)構(gòu)參見圖如圖3e。所述去除部分所述第二氧化層204過程為在所述第二氧化層204表面形成掩模圖形，所述掩模圖形覆蓋所述晶片中SON結(jié)構(gòu)上的第二氧化層204，并露出SON結(jié)構(gòu)以外的第二氧化層204 ;經(jīng)過光刻、干刻工藝，去除掉掩模圖形之外的第二氧化層204，形成SONO結(jié)構(gòu)。最后進(jìn)行步驟S17，在所述SONO結(jié)構(gòu)上，制備多晶硅柵極206和氮化硅側(cè)墻207，形成SONOS結(jié)構(gòu)器件，見圖3f。第二實施例請參考圖4和圖5a-圖5f，其中，圖4為本發(fā)明第二實施例的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法的流程圖，圖5a-圖5f為本發(fā)明第二實施例的引入應(yīng)力的工藝步驟的示意圖。首先參考圖4，該利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法包括如下步驟步驟S21，提供具有SON結(jié)構(gòu)的晶片，所述SON結(jié)構(gòu)自下至上依次為硅半導(dǎo)體襯底、
第一氧化層和氮化層；步驟S22，在具有所述SON結(jié)構(gòu)的晶片上沉積阻擋氧化層；
步驟S23，在所述阻擋氧化層上沉積應(yīng)力層；步驟S24，進(jìn)行退火工藝；步驟S25，去除所述應(yīng)力層和阻擋氧化層，露出所述SON結(jié)構(gòu)，以形成具有應(yīng)力的SON結(jié)構(gòu)；步驟S26，在所述具有應(yīng)力的SON結(jié)構(gòu)上制備第二氧化層，以形成SONO結(jié)構(gòu)；步驟S27，在所述SONO結(jié)構(gòu)上制備多晶硅柵極，形成以SONOS結(jié)構(gòu)器件。在第一實施例的基礎(chǔ)上，本實施例在SON結(jié)構(gòu)上先沉積阻擋氧化層，再沉積應(yīng)力層，經(jīng)過退火工藝，將應(yīng)力轉(zhuǎn)移到溝道中，并在去除應(yīng)力層和阻擋氧化層后，制備第二氧化層。在第一實施例中，第二氧化層在去除應(yīng)力層的刻蝕過程中起到阻擋氧化層的作用，而在本發(fā)明第二實施例中，通過制備專門的阻擋氧化層，避免了第二氧化層在退火和去除應(yīng)力層的過程中的損傷，同樣可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的。在本實施例中，所述硅半導(dǎo)體襯底為P型襯底。當(dāng)硅半導(dǎo)體襯底為P型襯底時，應(yīng)力層應(yīng)沉積具有拉應(yīng)力的應(yīng)力層，以提高溝道中的電子遷移率；當(dāng)硅半導(dǎo)體襯底為N型襯底時，應(yīng)力層應(yīng)沉積具有壓應(yīng)力的應(yīng)力層，以提高溝道中的空穴遷移率。以下結(jié)合圖5a_圖5f，其為本發(fā)明第二實施例的引入應(yīng)力的工藝步驟的示意圖，詳細(xì)說明本實施例中利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法。首先進(jìn)行步驟S21，提供具有SON結(jié)構(gòu)的晶片，所述SON結(jié)構(gòu)自下至上依次為P型襯底201、第一氧化層202和存儲氮化層203，如圖5a所示，其中，第一氧化層202提高電荷的保持能力，存儲氮化層203用來存儲電荷。然后進(jìn)行步驟S22，在具有所述SON結(jié)構(gòu)的晶片上沉積阻擋氧化層208，如圖5b所示，沉積阻擋氧化層208采用熱分解化學(xué)氣相沉積方法，以TEOS和O3為原料。所述阻擋氧化層208的材料為氧化硅，在較佳的實施例中，氧化硅的沉積方法采用熱分解化學(xué)氣相沉積方法以TEOS和O3為原料，反應(yīng)腔室壓力為IOOToor 700Toor，溫度為400 0C 480°C。形成的阻擋氧化層208的厚度為50 A 400 A.,例如厚度為80 A、100 A、120 A、150 A、200 A、250 人、300A,接著進(jìn)行步驟S23，在阻擋氧化層208上采用熱分解化學(xué)氣相沉積工藝沉積一層具有拉應(yīng)力的氮化硅應(yīng)力層205，如圖5c所示，其中，氮化硅應(yīng)力層205的應(yīng)力為lGpa，厚度為400人,沉積氮化硅應(yīng)力層205的過程采用本領(lǐng)域技術(shù)人員的常用方法。所述應(yīng)力層的材料最好為氮化硅(Si3N4)或氮氧化硅(Si3OxNy)或它們兩者的混合物。利用化學(xué)氣相沉積工藝沉積應(yīng)力層，所述化學(xué)氣相沉積工藝為熱分解化學(xué)氣相沉積或等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法，根據(jù)特定的工藝參數(shù)例如等離子的功率和氣體流速，使這些材料以高應(yīng)力的方式進(jìn)行沉積，以提供拉應(yīng)力或壓應(yīng)力。這些工藝方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員的常用方法，例如利用等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝，應(yīng)力水平主要通過等離子的功率進(jìn)行控制，并且，通常會產(chǎn)生壓應(yīng)力。采用熱分解化學(xué)氣相沉積工藝時，氮化硅在600°C以上的溫度下進(jìn)行沉積，并通常產(chǎn)生拉應(yīng)力。所述應(yīng)力層的應(yīng)力較佳的為0. 7Gpa I. 7Gpa，厚度較佳的為300 A -700A。再然后進(jìn)行步驟S24，進(jìn)行快速熱退火工藝，溫度為1050°C，時間為4秒，使存儲氮化層203、第一氧化層202和阻擋氧化層208產(chǎn)生應(yīng)力，并傳導(dǎo)到器件溝道中轉(zhuǎn)換為n溝道器件的溝道中的應(yīng)力。在較佳的實施例中，退火工藝為快速熱退火工藝，溫度為900°C 1030°C，時間為2秒 6秒。其中優(yōu)選的溫度為1050°C，優(yōu)選的時間為4秒。隨后進(jìn)行步驟S25，采用等離子體干法刻蝕去除所述氮化硅應(yīng)力層205，刻蝕停止在阻擋氧化層208上，然后采用等離子體刻刻蝕阻擋氧化層208，露出SON結(jié)構(gòu)，形成具有應(yīng) 力的SON結(jié)構(gòu)，如圖5d所示。因為干法刻蝕具有良好的選擇比，所以采用干法刻蝕去除所述氮化硅應(yīng)力層205和阻擋氧化層208。去除氮化硅應(yīng)力層205和所述阻擋氧化層208的過程分為兩個部分，首先采用等離子體刻蝕應(yīng)力層，刻蝕停止在阻擋氧化層208上。刻蝕的方向性可以通過控制偏壓功率來實現(xiàn)，采用刻蝕氣體包括氬氣(Ar)和含氟氣體，其中含氟氣體包括四氟甲烷(CF4)、六氟乙烷(C2F6)和三氟甲烷(CHF3)等。然后采用等離子體刻刻蝕阻擋氧化層208，較佳的刻蝕條件為壓力100m T 300m x，射頻功率200W 400W，反應(yīng)物包括 CHF3、CF4 及 Ar,流量分別為 30sccm 70sccm、3sccm 20sccm 和 IOOsccm 400sccm，以露出SON結(jié)構(gòu)。再接著進(jìn)行步驟S26，在所述具有應(yīng)力的SON結(jié)構(gòu)上制備第二氧化層204，形成SONO結(jié)構(gòu)，見圖5e。最后進(jìn)行步驟S27，在所述SONO結(jié)構(gòu)上，制備多晶硅柵極206和氮化硅側(cè)墻207，形成SONOS結(jié)構(gòu)器件，見圖5f。綜上所述，本發(fā)明提供一種利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，該方法在制備SONOS結(jié)構(gòu)中形成多晶硅柵極前，在SON結(jié)構(gòu)上沉積阻擋氧化層或第二氧化層，在阻擋氧化層或第二氧化層上形成應(yīng)力層，并進(jìn)行退火工藝，使存儲氮化層、第一氧化層和阻擋氧化層或第二氧化層產(chǎn)生應(yīng)力，并將該應(yīng)力傳導(dǎo)到器件溝道中轉(zhuǎn)換為溝道中的應(yīng)力，以提高載流子的遷移速度。需要說明的是，本發(fā)明所述利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法并不限于上述兩實施例，其他在形成多晶硅柵極前，進(jìn)行應(yīng)力記憶工藝的方法均在發(fā)明的思想范圍之內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法具有以下優(yōu)點I、本發(fā)明通過在制備SONOS結(jié)構(gòu)過程中形成多晶硅柵極前，在阻擋氧化層或第二氧化層上形成應(yīng)力層，并進(jìn)行退火工藝，使存儲氮化層、第一氧化層和阻擋氧化層或第二氧化層產(chǎn)生應(yīng)力，并將該應(yīng)力傳導(dǎo)到器件溝道中轉(zhuǎn)換為溝道中的應(yīng)力。相比現(xiàn)有技術(shù)的在形成多晶硅柵極和側(cè)墻后，再沉積應(yīng)力層從而產(chǎn)生應(yīng)力的方法，本發(fā)明在形成多晶硅柵極前制備應(yīng)力層，利用阻擋氧化層或第二氧化層來實現(xiàn)應(yīng)力的轉(zhuǎn)移，應(yīng)力層可以更接近溝道，使應(yīng)力轉(zhuǎn)移的效果更加明顯，從而更顯著的提高SONOS結(jié)構(gòu)器件中的載流子遷移率，從而提高編譯速度。
2、現(xiàn)有技術(shù)是在多晶硅柵極和側(cè)墻形成后沉積應(yīng)力層，并在進(jìn)行退火工藝后，去除應(yīng)力層，在去除應(yīng)力層的過程中會對多晶硅柵極造成損傷。本發(fā)明在形成多晶硅柵極前，在阻擋氧化層或第二氧化層上形成應(yīng)力層，進(jìn)行退火工藝后，去除應(yīng)力層，并去除全部阻擋氧化層或部分第二氧化層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明避免了對多晶硅柵極的損傷，并且阻擋氧化層在退火工藝過程時有利于改善界面態(tài)。顯然，本領(lǐng)域的 技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，所述SONOS結(jié)構(gòu)自下至上依次包括硅半導(dǎo)體襯底、第一氧化層、存儲氮化層、第二氧化層和多晶硅柵極，所述方法包括 提供具有SON結(jié)構(gòu)的晶片，所述SON結(jié)構(gòu)自下至上依次為硅半導(dǎo)體襯底、第一氧化層和存儲氮化層； 在具有所述SON結(jié)構(gòu)的晶片上沉積第二氧化層； 在所述第二氧化層上沉積應(yīng)力層； 進(jìn)行退火工藝； 去除所述應(yīng)力層，以露出所述第二氧化層； 去除部分所述第二氧化層，以去除覆蓋在所述SON結(jié)構(gòu)中之外的第二氧化層，以形成SONO結(jié)構(gòu)； 在所述SONO結(jié)構(gòu)上制備多晶硅柵極，以形成SONOS結(jié)構(gòu)器件。
2.如權(quán)利要求I所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，所述娃半導(dǎo)體襯底為P型襯底。
3.如權(quán)利要求I所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，利用化學(xué)氣相沉積工藝沉積所述應(yīng)力層。
4.如權(quán)利要求3所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，所述化學(xué)氣相沉積工藝為熱分解化學(xué)氣相沉積或等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法。
5.如權(quán)利要求I所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，所述應(yīng)力層的材料為氮化娃、氮氧化娃中的一種或其組合。
6.如權(quán)利要求I所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，所述應(yīng)力層的應(yīng)力為0. 7Gpa I. 7Gpa。
7.如權(quán)利要求I所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，所述應(yīng)力層的厚度為300A -700Au
8.如權(quán)利要求I所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，所述退火工藝為快速熱退火工藝，溫度為900°C 1030°C，時間為2秒 6秒。
9.如權(quán)利要求8所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，所述快速熱退火溫度為1050°C，時間為3秒 5秒。
10.如權(quán)利要求I所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，采用干法刻蝕去除所述應(yīng)力層。
11.如權(quán)利要求I所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，在去除部分所述第二氧化層的步驟中，包括 在所述第二氧化層表面形成掩模圖形，所述掩模圖形覆蓋所述SON結(jié)構(gòu)上的第二氧化層;及 去除所述掩模圖形之外的第二氧化層，形成SONO結(jié)構(gòu)。
12.—種利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，所述SONOS結(jié)構(gòu)自下至上依次包括硅半導(dǎo)體襯底、第一氧化層、氮化層、第二氧化層和多晶硅柵極，所述方法包括 提供具有SON結(jié)構(gòu)的晶片，所述SON結(jié)構(gòu)自下至上依次為硅半導(dǎo)體襯底、第一氧化層和氮化層；在具有所述SON結(jié)構(gòu)的晶片上沉積阻擋氧化層； 在所述阻擋氧化層上沉積應(yīng)力層； 進(jìn)行退火工藝； 去除所述應(yīng)力層和所述阻擋氧化層，露出所述SON結(jié)構(gòu)，以形成具有應(yīng)力的SON結(jié)構(gòu)； 在所述具有應(yīng)力的SON結(jié)構(gòu)上制備第二氧化層，以形成SONO結(jié)構(gòu)； 在所述SONO結(jié)構(gòu)上制備多晶硅柵極，以形成以SONOS結(jié)構(gòu)器件。
13.如權(quán)利要求12所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，所述娃半導(dǎo)體襯底為P型襯底。
14.如權(quán)利要求12所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，所述阻擋氧化層的材料為氧化硅。
15.如權(quán)利要求12所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，所述阻擋氧化層的厚度為50 A '300A。
16.如權(quán)利要求12所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，利用化學(xué)氣相沉積工藝沉積所述應(yīng)力層。
17.如權(quán)利要求16所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，所述化學(xué)氣相沉積工藝為熱分解化學(xué)氣相沉積或等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法。
18.如權(quán)利要求12所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，所述應(yīng)力層的材料為氮化娃、氮氧化娃中的一種或其組合。
19.如權(quán)利要求12所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，所述應(yīng)力層的應(yīng)力為0. 7Gpa I. 7Gpa。
20.如權(quán)利要求12所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，所述應(yīng)力層的厚度為300人 700A。
21.如權(quán)利要求12所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，所述退火工藝為快速熱退火工藝，溫度為900°C 1030°C，時間為2秒 6秒。
22.如權(quán)利要求21所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，所述快速熱退火溫度為1050°C，時間為3秒 5秒。
23.如權(quán)利要求12所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，采用干法刻蝕去除所述應(yīng)力層和所述阻擋氧化層。
24.如權(quán)利要求23所述的利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，其特征在于，在去除所述應(yīng)力層和所述阻擋氧化層的步驟中，包括 進(jìn)行第一刻蝕，去除所述應(yīng)力層；及 進(jìn)行第二刻蝕，去除所述刻蝕阻擋層。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種利用應(yīng)力技術(shù)提高SONOS結(jié)構(gòu)器件編譯速度的方法，該方法包括提供具有SON結(jié)構(gòu)的晶片，在具有所述SON結(jié)構(gòu)的晶片上沉積第二氧化層或阻擋氧化層，在所述第二氧化層或阻擋氧化層上沉積應(yīng)力層，進(jìn)行退火工藝，使存儲氮化層、第一氧化層和阻擋氧化層或第二氧化層產(chǎn)生應(yīng)力并傳導(dǎo)到器件溝道中轉(zhuǎn)換為溝道中的應(yīng)力。本發(fā)明利用存儲氮化層、第一氧化層和阻擋氧化層或第二氧化層來實現(xiàn)應(yīng)力的轉(zhuǎn)移，可以更接近溝道，使應(yīng)力轉(zhuǎn)移的效果更加明顯，從而可以更顯著的提高SONOS結(jié)構(gòu)器件中的載流子遷移率，從而提高編譯速度，同時避免了對多晶硅柵極的損傷，并且第二氧化層或阻擋氧化層在退火工藝過程中有利于改善界面態(tài)。
文檔編號H01L21/336GK102683218SQ201210169810
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者匡玉標(biāo), 田志 申請人:上海華力微電子有限公司